惠深高速扩建拼接段路基变形分析研究

第３７卷第１１期　２　０　１　１年４月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．１１　Ａｐｒ．　２０１１　・１４３・　

文章编号：１００９－６８２５（２０１１）１１—０１４３—０３　

惠深高速扩建拼接段路基变形分析研究　

吕蒋聪　张　亮　

摘要：针对旧路加宽改建后的病害，分析旧路加宽工程新旧路路基在沉降、变形和刚度等方面的差异，采用有限单元法　

模拟计算了新老路基的差异沉降，通过对比分析得出了一些有益的结论。　

关键词：路基变形，模型，有限单元法　

中图分类号：Ｕ４１６．Ｏｌ　文献标识码：Ａ　

工程技术领域中的许多力学问题和场问题，都可以归结为在　给定边界条件下求解其控制方程的问题。虽然能够得到它们的　

基本方程和边界条件，但是能够用解析法去求解的只是少数性质　

比较简单和边界比较规则的问题，而实际结构的形状和所受的载　

荷往往比较复杂，按解析法求解是非常困难的。解决这类复杂问　

题主要有两种方法：１）引入简化假设，使其达到能用解析法求解　

的状态，然后求其近似解。该法计算简便但是与工程的实际情况　

不是十分吻合。２）运用数值模拟技术，它是人们在现代数学、力　

学理论的基础上，采用离散化的数值计算方法并借助于计算机技　

术来获得满足工程要求的数值近似解。数值模拟技术是现代工　

程仿真学形成和发展的重要推动力之一。在岩土工程数值分析　

和计算中常用的数值模拟计算方法主要有有限元法、离散元法、边　

按要求宽度向外刨槽。水泥混凝土路基刨至路基边缘，刨槽深度　

可比设计加深１　ｃｍ一２　ｃｍ，以保证基础厚度，槽底要修理平整。　ｂ．在路面基层加宽部分安装路缘石，则将基层平整即可，免去刨　

槽工序。３）安装。ａ．安装侧石前应按侧石顶面宽度误差的分类　

分段铺砌，以达到美观。安装时先拌制１：３水泥砂浆铺底，砂浆　

厚度３　ｃｍ。ｂ．按桩顶线及侧缘石顶面测量标高拉线绷紧按线条　

砌侧、缘石。需事先算好路口间的侧石块数，切忌中间用断侧石加　

楔，曲线处侧、缘石应注意外形圆滑，相邻侧石间缝隙用０．８　ｃｍ厚　

木条或塑料条掌握。缘石不留缝，侧石铺砌长度不能用整数侧石除　

尽时，剩余部分可用调整缝宽的办法解决，但缝宽应不大于１　ｃｍ。　

不得已必须断侧石时，应将断头磨平。４）勾缝。路面完工后，安　

排侧石勾缝。勾缝前必须再行挂线，调整侧石至顺直、圆滑、平　

整，方可进行勾缝。先把侧石缝机侧的土及杂物剔除干净，并用　

水润湿，砌缝采用１：１水泥砂浆砌筑，砌缝在路面以上勾凹缝，凹　

缝深度３　ｍｍ～５　ｍｍ。砂浆初凝后，用软扫帚扫除多余灰浆，并应　

适当泼水养护，不少于３　ｄ，最后达到整齐美观，并不得在路面上　

拌制砂浆。　

３．３．３　人行道路面砖工程施工方法及技术措施　界元法等　ｊ。　

由于有限元法无论在理论上还是工程实践应用上都有较好　的应用范例，所以本文采用有限单元法模拟计算了新老路基的差　

异沉降。　１模型假设条件　

１）采用双侧拓宽方式拓宽，新拓宽部分以老路中心线为中　

心，对称布置在老路两侧；２）路堤足够长，将该三维空间问题转化　

为二维平面问题，按平面应变问题进行处理；３）模型中的单元采　用平面应变八节点等参单元，本构模型选用扩展的线性Ｄｒｕｃｋｅｒ—　

Ｐｒａｇｅｒ模型；４）老路基自身的固结变形已经完成；５）模型的两侧　受到水平方向的约束作用，底部受到水平和竖向的约束作用；６）　

将路面荷载等效为１．５　ｍ厚的路基填土荷载　Ｊ。　

本道路人行步道铺设２０　ｃｍ　ｘ１０　ｃｍ×６　ｃｍ混凝土预制砖，下　

卧３　ＣＢ厚１：３水泥砂浆。混凝土预制砖选用上海舒布洛克建筑　材料有限公司的产品。水泥砂浆随拌随用；混凝土预制砖四角砂　

浆要求密实、饱满，每一块混凝土预制砖都要经专用橡胶锤反复　击打，直到不再下沉，确保方砖砌筑稳固、可靠，无翘曲、晃动现　

象。砌筑成活的混凝土预制砖达到错缝砌筑，表面平整，缝隙均　

匀一致，与相邻构筑物衔接平顺。砌筑完成后，用过筛的细砂拌　

水泥“扫缝”。砌筑完毕的人行步道立即封闭交通，禁止行人和任　

何车辆、重物碾压，防止破坏。　

４结语　

人行道标准化建设美化了城市市容，塑造了良好的城市环　境，对推进城镇化进程，提高城市现代化水平起着极其重要的作　

用。因此，人行道建设必须从使用功能和景观效果等各方面因素　

综合考虑，结合城市风格和周边景观进行规划、设计和施工，着实　

推动市政设施事业的发展。　

参考文献：　［１］　邹花，杨　佳．改建工程的平纵面设计［Ｊ］．山西建筑，　

２０１０，３６（１）：２９０－２９１．　

Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ　ｔａｌｋ　ａｂｏｕｔ　ｔｈｅ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｒｏａｄ　

ｓｉｄｅｗａｌｋ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　

ＺＨＡＮＧ　Ｘｕｅ－ｗｕ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ＯＮ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｉｔ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅｓ　ｔｈｅ　ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｒｏａｄ　ｓｉｄｅｗａｌｋ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ａｎｄ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｇｒａｍ，ａｎｄ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　

ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｓｉｄｅｗａｌｋ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，ｐａｖｉｎｇ，ｐｌａｎｅ　ｌａｙｏｕｔ，ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒ　ａｓｐｅｃｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｒｏｌｅ　ｆｏｒ　ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ　ｕｒｂａｎ　

ｍｏｄｅｒｎｉｚａｔｉｏｎ　ｌｅｖｅ１．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　ｒｏａｄ，ｓｉｄｅｗａｌｋ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｃｒｉｔｅｒｉａ，ｐａｖｉｎｇ　

收稿日期：２０１０－１２－２８　作者简介：吕蒋聪（１９８２一），男，硕士，助理工程师，广东省冶金建筑设计研究院，广东广州　５１０１８０　

张　亮（１９８７．），男，华南理工大学土木与交通学院硕士研究生，广东广州　５１

０６４０　第３７卷第１１期　・１４４・　２　０　１　１年４月　山　西　建　筑　

现有的高速公路拓宽工程一般由双向四车道拓宽为双向六　

车道、双向八车道、双向十车道或双向十二车道。从现实情况看，　

如果采用双侧对称拓宽，每侧拓宽宽度分别取为４．５　ｍ，８．２５　ｍ，　

１２　ｍ和１５．７５　ｍ进行计算较为合理。　

２网格划分和边界条件　

由于本文选用双侧对称拓宽，荷载作用完全对称，因此为了　

在数值计算中提高运行效率，取结构的一半为研究对象，其中老　

路基半宽为ｌ１．５　ｍ，边坡坡度为１：１．５。　

在分析时，力的边界条件：地基在自重作用下的位移已经完　

成，外荷载只考虑路堤土（包括等效的路面荷载）的重力作用　’　。　

位移边界条件：结构模型的左右边界分别为横向固定约束，只产　

生竖直方向的位移；底部无任何位移，故施加水平和竖向约束。　

３材料的计算参数　

本文材料参数选于各参考文献，其具体计算参数见表１。　

表１各材料参数表　

容重　弹性模量　泊松比　粘聚力　内摩擦角　土层类型　ｋＮ／ｍ３　ＭＰａ　“　Ｃ／ｋＰａ　／（。）　新路基　２０　２３　Ｏ．３　２０　２１　老路基　２０　３８　Ｏ．３５　３０　２６　硬壳层　１９．３　ｌ５　０　２８　２３　２３　淤泥质粘土　１８．４　２２　Ｏ．３　ｌ７　２６　亚粘土　１８．７　ｌ３　Ｏ．３２　１９　２５　

以路基高度为５　ｍ，四车道拓宽成八车道（每侧拓宽８．２５　ＩＴＩ）　

为例，通过计算路基土内的应力变化，以及路基内的水平与竖向　

沉降，研究拓宽改建后新老路基的不均匀沉降规律得知，当拓宽　

８．２５　ｍ时，路基土体内应力分布从路基顶面到路基底面产生了不　

同的变化，在地基底部应力较大，但变化缓和；在新老路基结合部　

出现应力集中；同时在老路基顶面靠近中心的位置，应力出现增　

大趋势，分析其原因可能新路基施工后，产生了附加沉降，该作用　

是老路基顶面老路中心线附近产生了轻微的拉应力导致的　。　

路基的竖向最大位移在新拓宽路基的顶部边缘，在新老路堤　

结合部出现位移变化不连续，原因在于新老路基的材料性质差　

异，不同步沉降造成的；在新老路基结合部正下方并靠近地基顶　

面的地方，产生了一个靠近老路基的水平位移，而在新路基坡脚　

下一定深度处产生一个远离路中心线的区域。拓宽后，随着离老　

路中心线的距离越来越远，老路基顶面的水平位移线性增加，而　新路基顶面的水平位移先增大后减小，但新路基顶面水平位移的　最大值仍小于老路基路肩处的水平位移　。从路基顶面的竖向　

沉降看，新路基顶面竖向沉降变化较大，新路基作为附加荷载，仅　

对距老路中心线５　ｒｎ左右以外的横坡产生较大影响。　

４不同拓宽宽度的对比分析　

路基高度选为５．５　ｍ，新老路路基边坡都选为１：１．５时，将不　

同拓宽宽度的计算结果（主要是新老路基顶面和地基表面的位　

移）做如下对比分析。计算结果见图１，图２。　

－－ｍ－－￣　

＿　５　１ｏ　１５　２０　：　

距离路中　线的距离，ｍ　

图１不同拓宽宽度路基表面的水平位移图　从图１，图２看出随着拓宽宽度的增加，新路基引起的水平位　移和竖向沉降都有明显的增加。　图１表明，随距老路中心线的距离增加路基表面水平位移线　性增大，在老路的边缘水平位移达到最大值，然后位移有先增大　后减小的趋势。当拓宽宽度大于８．２５　ｍ时新路堤顶面出现负的　

位移值，即新路基产生了向老路基一侧的水平位移，这是由于新　

路形心下的地基产生了最大沉降，新路堤填土向下移动导致。从　

图２可以得知，路基顶面的竖向附加沉降曲线呈勺形，拓宽宽度　

越大形状越明显，当拓宽宽度大于１２．５　Ｉｎ后，沉降的最大值并不　

是出现在新路基的路肩，而是在靠近旧路基的新路基路肩内侧。　

Ｏ　０．０２　

一０．０４　甚－０．０６　

蝴　一０．０８　

Ｏ．１　图２不同拓宽宽度路基表面的竖向沉降图　

距离路中心线的距离，ｍ　１０　２Ｏ　３Ｏ　４０　５０　６０　

图３不同拓宽宽度地基表面的竖向沉降图　

从图３得知，新路基宽度的增加引起地基表面的沉降逐渐增　大，产生沉降的最大值由拓宽４．５　ｍ时产生的２．９　ｅｍ增加到拓宽　

ｌ５．７５　ｍ时的９．２　ｅｍ。图３中还表明沉降的最大值点有向外侧移　

动的趋势，可以推测由于新路基荷载近似为平行四边形，其荷载　

形心位置随宽度的增大有外移的趋势，故其水平位移最大值也有　

外移的趋势。老路基拓宽后引起裂缝的产生，其中重要的一个原　

因是，新老路基的横向不均匀沉降引起的。反映新老路基横向不　

均匀沉降程度的标准为新老路基的横坡度改变的大小，即新路与　老路基的沉降坡差。在计算时横坡度取为拓宽后新路基的坡差　

与老路基的坡差的差值。　

枣　

蜒　Ｏ．３５　Ｏ３　０．２５　Ｏ　２　０．１５　Ｏ．１　０．Ｏ５　０　不同拓宽宽Ｙ１Ｕｍ　图４新老路基顶面横坡的改变　图４表明，随着拓宽宽度的增加，新老路基之间的坡差总体　

呈增加的趋势，但增加的量越来越小。坡差改变意味着拓宽后新　

老路路基的不均匀沉降改变情况。过大的横坡比对道路的使用　

非常不利，故应该控制过大的变坡率。　

参考文献：　

［１］　章定文，刘松玉．软土地基上高速公路加宽工程中的问题与　

对策探讨［Ｊ］．路基工程，２００４（３）：３４．３８．　［２］　应荣华，郑健龙．老路拓宽沉降规律ＡＮＳＹＳ有限元分析［Ｊ１．　

公路．２００６（４）：１４０—１４３．　［３］　周　恒，陈征，孙家骏．软土地基上高速公路建设及加宽　

全过程沉降有限元分析［Ｊ］．交通标准化，２００６（６）：９１－９４．　

【４］　蒋洋，王晓谋，胡元鑫．不同拓宽条件下新老路基不协调　

变形特征分析［Ｊ］．中外公路，２０１０（５）：４６－５０．　

［５］　林乐彬，刘寒冰，苏志满，等．拓宽加载对旧路基附加沉降影　响数值分析［Ｊ］．公路交通科技，２００８（１Ｏ）：４ｌ一４４．